環境工程專業CDIO人才培養模式的研究與探索

薛軍 張福群 張顯龍

摘 要：結合環境工程專業特點，把CDIO教育理念引入人才培養中，構建一體化課程計劃，使學生將知識、素養、能力緊密結合，將學生學習理論、工程實踐、技術創新融為一體，激發學生學習熱情和興趣，培養和提升學生工程實踐能力，滿足新時代企業發展的需要。

關鍵詞：環境工程專業;培養模式;CDIO

中圖分類號：G642? ??文獻標識碼：A

環境保護是我國的基本國策，可持續發展和生態文明建設是我國的發展戰略。因此把握機遇，培養適合新時代的環境工程專業人才，是教育工作者艱巨的任務。環境工程專業是一門交叉學科，與很多學科有密切聯系。目前，工程教育越來越為國內外重視，在本科四年的學習過程中使學生既有扎實的理論知識基礎，又有能盡快解決實際環境工程的能力，同時還適應新時代社會發展的需求，是環境工程專業教育面臨的一大難題。

CDIO教育理念是美國幾十年來在工程教育傳承和改革發展中形成的，它將工程科學、知識和實踐能力融為一體。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），以產品研發到產品運行全生命周期為核心，讓學生以主動、實踐、課程之間聯系的方式學習工程，以適應新形勢下環境保護工作的需要。

一、CDIO教育理念

在工程專業知識與數學、自然科學的關系問題上，CDIO教育理念認為任何工程技術專業的課程體系設計都要重視數學等自然科學基礎，重視工程科學和專業知識，這樣可以提高工程專業學生個人的知識、人際交往及溝通的能力，以及對產品、生產制造過程和系統建構的技能等，使學生在真實的工程實踐中得到培養和鍛煉。按照CDIO標準設計本專業的培養計劃、課程體系和課程大綱等，營造符合CDIO的知識背景與環境，創新基于實踐的教學方法，建立學生學習的評估體系，加強實踐場所建設;配備先進儀器設備，培養受新時代社會歡迎的環境專業畢業生。CDIO教育理念強調教學方法和手段相結合，培養體現全面發展、適應環保等行業，咨詢、研發、設計、生產、建設、運行等復合應用型高級專業工程技術人才。

環境工程專業應用型人才必須具備個人能力、人際溝通能力以及工程過程的構建能力，保證學生在企業和社會背景環境情況下，在團隊工作中發揮重要作用。在校內實踐教學條件優良、校企合作資源豐富等工程教育環境支撐下，論證建設環境工程專業的課程體系，課程體系分為三級目標項目實施。

（1）一級項目：從大一至大四，由幾個學生組成團隊，每個團隊參加一個項目，參與具體的環境工程設計和項目研究，具體參加教師承接的縱向、橫向各類科研課題和實際工程項目等。結合學校先進的實驗教學儀器、設備等設施，為學生發展也可單獨設立專項課題研究。學生進行項目可行性研究、工程設計、設備選型、運行管理等整個系統工程設計的訓練，有效地培養學生設計、協調、溝通、創新和合作能力，增強學生自信心，使學生能很好地將所學知識有機地聯系起來。過程中，學生需要學會以探究方式獲取知識，吸收、補充、完善尚未學過的理論知識。學與做相結合，整個過程體現CDIO教育理念。

（2）二級項目：二級項目是來自課程群，每個課程群組成一個項目，把相關聯的課程理論知識有機地結合起來，項目形成綜合課程設計，使學生認識到知識群不是孤立的知識點，將課程群的設置與工程實踐結合起來。

（3）三級項目：指明教師在整個課程教學過程中培養體系、知識與能力的作用，每門課程啟發、互動和研究學習，找出學生提出問題、解決問題的方法，提出概念和有規律性的方法。

二、構建一體化課程計劃

一體化課程計劃將工程設計、工程能力培養融入課程體系，課程之間通過項目相互鏈接，培養個人產品、過程和系統構建的能力，充分體現知識、能力、素質培養。制定人才培養標準、課程體系、CDIO教學大綱，建設一個滿足CDIO工程教育模式現代需求的硬件環境。在一體化培養新理念下，以課程大綱為主要形式，細化分解專業培養目標，通過培養目標實現專業的理論知識、工程能力和綜合素質的培養，再分配到每門課程，使每門課程根據自身特點對應相應的知識、能力和素質的培養。通過教學方法改革，使學生具備一體化的學習方法、知識構建和系統能力。

（一）優化課程體系

借鑒CDIO工程教育模式，以學生的能力為培養為主，各課程知識為載體，結合環保行業和社會發展實踐情況，改變以專業知識為先設置課程的傳統教學模式，優化課程體系。環境工程專業的課程設置包括大學物理、化學、生物、工程制圖、電工學等相關學科基礎知識，還包括水污染控制工程、物理性污染控制、大氣污染控制工程、固體廢物處理與處置、環境監測、環境影響評價等專業課。課程體系建設著重工程技術專業人才的培養，培養過程將工程實踐貫穿整個教學環節過程。注重理論聯系實際，把專業理論與解決工程的實際問題緊密結合，有利于學生的創新能力和個性成長發展。

1.設置“工程導論”課

第一學期設置“工程導論”課程，引導學生環境工程專業知識、實踐入門，激發學生對專業的興趣，讓學生盡早建立系統工程的全局概念，將以后學習專業知識和實際工程項目聯系起來。該課程為工程實踐提供框架，通過四年學習，學生可以明確畢業后具備一名工程師的責任與任務，如何利用所學的學科知識更好完成這些任務。學生可以盡早了解CDIO大綱所要求的個人產品開發、工程設計和系統構建的能力。介紹本專業、本學科和本行業工程技術發展史，介紹在工程技術領域中做出成就的人物、事件等，這些都會增強學生學習的主動性和自覺性。

2.體現前沿性技術的課程

調整學時與課程，優化課程體系。一是課程要精簡專業必修課內容和門數，增加專業選修課，尤其是體現前沿性知識技術的課程。二是課程要體現人才培養方案中對人才培養理念、目標以及學生的知識、能力和素養等方面的要求。三是要促進師資隊伍建設和教材選用，對教學資源進行優化配置，提高教學實踐效果和教學管理水平。四是專業課教學要圍繞人才培養目標，使學生盡快了解環保行業、實際工程、處理技術和污染治理工藝、設備開發、工程設計等，提高解決實際環境工程問題的能力，強化知識能力。五是根據新時代社會實際需要，調整課程體系內容，對學生進行指導性解決實際問題程度和方法講授。六是在教學中引入典型實際工程案例，提供工程背景資料，教師注重啟發引導，組織學生課堂討論，鼓勵學生之間、學生與教師間的學術辯論。

3.提升學生綜合素質

為強化社科人文知識的要求，注重學生全面培養能力，設置人文素質類、職業課程，提升學生綜合素質能力。將職業誠信道德與CDIO教育理念結合，在每個培養環節中注重人文精神，使學生了解將來成為一名合格工程師所必須具備的綜合素質與能力。在整個教學環節中，對每一個項目和課程都在人文素養、職業道德等方面進行要求，由課程教學大綱具體指出，學生真正領會到全方位的培養教育。同時設置學科交叉選修課程，提升學生解決問題的綜合素質能力。組織學生參加各項環保生態宣傳活動、環保生態知識競賽、制作環保課件大賽、征集保護生態環境照片、環保生態專題演講賽、環?？萍颊搲h保進社區等大型活動，提高學生的積極性、環保生態意識和責任感，增強其在學校及社會發展的影響力和創造力。

4.強化實踐訓練

圍繞專業核心課程進行工程項目設計，特別是全過程CDIO項目設計。將本專業整個課程體系有機結合起來，增強學生的理解與想象，給學生創造條件去行業企業社會實踐，針對工程項目組成研發小組，參與企業工程項目全過程。體驗企業工作生產環境，使學生理論知識水平、個人整體素養、團隊合作精神和協調控制能力等得到全面訓練和提高。開展系列工程實訓，背景環境下模擬教學和訓練，為學生提供污染物處理工藝技術研究、設備開發、工程運行、維修維護等交流訓練的平臺。讓學生走出校門參與校外實踐教學環境建設，培養工程師具備的條件，與實際工程相結合，培養學生解決實際問題的能力。

（二）進階式多方位的課程教學模式

建立進階式多方位的課程教學模式，培養學生主動學習和綜合運用知識的方法。組成課題組以CDIO工程教育理念和課程大綱內容為教學理念，通過基礎實驗、設計實驗、綜合實驗和項目設計逐級進階。建立重基礎、重實踐、重創新等多方面教學培養的模式。在工程項目的教學和學習過程集中體現，課程教學過程的實踐和環境工程項目設計始終貫穿教學。加深學生基礎實驗對基本概念和核心知識的理解掌握;設計實驗培養學生分析、解決問題的能力與設計能力;綜合實驗培養學生的思維系統能力，在實踐中勇于探索知識、創新的能力。構建支撐CDIO全過程的學生課外實踐創新平臺，從項目和課程上使課內外相結合，由學生自主安排管理，為學生提供科技創新、課外研究與設計、制作作品等，提供科技活動平臺。

（三）提供系統的能力培養環境

建設CDIO工作空間，提供培養系統能力的環境。以環境污染治理工程為基本環境，依托城鎮污水處理廠和環保工程有限公司，以污（廢）水、固體廢棄物、廢氣等處理工程項目，為環境工程專業學生提供真實的實踐背景環境。圍繞CDIO教育理念構建工程實踐場所，使學生充分理解工程教學中全過程，保證一、二、三級項目的順利有效實施。劃分四個CDIO工作區，即討論構思室、系統工程設計室、系統構建室和成果展示廳。通過工作空間的設立，使學生能夠在工程教育背景環境中學習體驗CDIO教育理念的全過程。

按照CDIO要求進行校企合作，建設實訓基地和實習基地，與行業企業單位密切合作，建立校外實訓基地。以各種形式的校企合作，培養具有特色、鮮明和深化的環境工程專業人才，使學生更能適應新時代社會企業發展的需求。

（四）構建專業評估

結合CDIO工程教育培養標準，對人員、設施、資源等進行評估。過程包括教學過程、考核機制和評價方法，學生學習效果和專業整體水平。確立標準評估制度、判定模式、目標導向模式和管理導向模式等。綜合實際考察專業是否符合工程教育標準要求，以輸入和過程為主，專業教師隊伍水平、實踐活動場所和共享資源、教學實踐等實施過程，滿足培養標準、培養目標要求。

三、優化師資結構

培育一批具備研發創新和熟練掌握以環境工程項目設計為導向，工程實踐能力培養為目標，CDIO工程教育模式的教師隊伍。具有較強的CDIO教學技能，能開展現場教學、實際工程案例教學和科研項目教學等工作，根據工程教育體系的課程、項目結構要求，組織一支相應的教學實踐團隊，經常開展學習與交流活動。聘請企業具有豐富經驗的高級技術人員和企業領導，共同參與教學建設、教學過程等活動。將教學改革、科研工作和工程技術服務納入教師個人考核指標，完善教師進修制度機制，選派教師到企業參與項目研發、工程設計與項目經營、企業管理培訓，加強與企業的橫向聯系，培育“雙師”型高素質教師隊伍。

四、結語

隨著我國生態環境保護的發展，對環保行業人才的需求也越來越多，應培養出具有社會競爭力的環保行業特色人才。CDIO工程教育教學模式的實施，可以激發學生廣泛深入學習環保知識的興趣和熱情。在實施過程中，學生CDIO工程能力反復訓練與提升，學生創新精神、職業素養、團隊合作和綜合能力增強，學校人才培養質量得到提高，學生就業能力不斷加強，相關企業滿意度大大提高。只要進一步探索，進行CDIO工程教育模式的研究、實施和推廣，可在實踐中不斷檢驗和優化。

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